基于單片機的模擬智能傳送裝置設(shè)計

郭海麗

（衡水學院 電子信息工程學院，河北 衡水 053000）

0 引 言

隨著傳感器制作工藝技術(shù)的提升、微電子技術(shù)的不斷發(fā)展、計算機技術(shù)的成熟以及傳送裝置系統(tǒng)的不斷完善，稱重技術(shù)在傳送裝置系統(tǒng)中實現(xiàn)了智能化、數(shù)字化和測量精度方面的重大突破[1]。雖然目前傳送裝置系統(tǒng)功能實現(xiàn)了智能化、數(shù)字化，但隨著企業(yè)工業(yè)生產(chǎn)管理自動化程度的不斷提升，迫切需要進一步提高生產(chǎn)效率，而這就需要研發(fā)性能更加完善的傳輸傳送稱重設(shè)備[2]。

本設(shè)計采用模擬方式，對于研究和完善新一代傳送裝置系統(tǒng)功能控制平臺具有現(xiàn)實意義，實現(xiàn)功能的同時，可大大節(jié)省研究傳送裝置系統(tǒng)的成本。

1 系統(tǒng)設(shè)計方案

以單片機為控制核心，以C51為編程工具，設(shè)計了一種模擬智能傳送裝置。設(shè)計中，通過繼電器驅(qū)動傳送裝置的直流電機，流水燈模擬傳送帶的運動狀態(tài)，按鍵控制傳送帶的啟動、停止、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)以及設(shè)置稱重限制值。設(shè)計的重點是應(yīng)用重力傳感器精確測量載物并采集數(shù)據(jù)[3]。系統(tǒng)主要由控制模塊、傳感器模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、按鍵模塊、報警模塊、電機驅(qū)動模塊和顯示模塊等組成，設(shè)計總體方案如圖1所示。

載體傳送情況下，通過傳感器的壓力檢測可獲得電信號。即使電信號比較微弱，用電路采集數(shù)據(jù)的電信號，處理后傳送至A/D轉(zhuǎn)換器，通過A/D轉(zhuǎn)換器將虛擬信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號輸出。運用MCU控制器技術(shù)收納數(shù)字信號，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器處理顯示在顯示器上，然后經(jīng)計算處理，把數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為通俗易懂的實際信號。同時，單片機控制器定期掃描鍵盤，通過鍵盤程序控制整個系統(tǒng)，包括一系列動作行為功能。此外，水燈是否超重，反映了相反的流動狀態(tài)；繼電器不超重時可驅(qū)動傳送帶馬達，超重時則發(fā)出警報[4]。

圖1 系統(tǒng)設(shè)計總體方案

2 系統(tǒng)主要硬件電路設(shè)計

2.1 信號放大電路

由于應(yīng)變片橋路輸出信號一般較弱，大多數(shù)電阻應(yīng)變片傳感器的橋路輸出與直流放大器連接。本文設(shè)計的放大器由三個集成運算放大器組成，如圖2所示。

運算放大器A1和A2為相同的相位差輸入模式。采用同相輸入模式不僅可以有效提高放大器電路的輸入抵抗，還能減少弱輸入信號的衰減。差分放大不僅放大了差模信號，而且跟隨共模輸入信號提高了差模信號的幅度和共模信號的比值[5]。

2.2 電機驅(qū)動電路

本設(shè)計采用繼電器驅(qū)動直流電機，電路如圖3所示。當三極管從導(dǎo)通變?yōu)榻刂箷r，繼電器的繞組產(chǎn)生較大的自感電壓，與控制繼電器線圈三極管的E極和C極的電源電壓疊加，導(dǎo)致發(fā)射極結(jié)可能被擊穿。為了避免感應(yīng)電磁場造成的不利因素，可在繼電器線圈的兩端并聯(lián)一個二極管，以抵制電磁場產(chǎn)生的有害影響。自感應(yīng)電壓與電源電壓之和為二極管的正偏置電壓，導(dǎo)致二極管導(dǎo)通并產(chǎn)生循環(huán)電流。另外，感應(yīng)高電壓通過回路釋放，以確保晶體管的安全。

圖2 三運放高共模抑制比放大電路

圖3 電機驅(qū)動電路

3 軟件設(shè)計思路

單片機上電復(fù)位后，首先進行初始化，顯示器顯示當前載體重量和上限值重量，流水燈處于熄滅狀態(tài)。按下啟動鍵后，如果按下前進鍵，直流電機將向前旋轉(zhuǎn)，流燈將向前流動；如果按下反向鍵，直流電機將向后旋轉(zhuǎn)，流燈將向后流動。按下停止按鈕后，系統(tǒng)停止工作。通過設(shè)置鍵、號碼+鍵和數(shù)字鍵設(shè)定載重的上限值。按下設(shè)置鍵后，將指示燈設(shè)定為打開狀態(tài)，通過數(shù)字+鍵和數(shù)字鍵改變上限值。設(shè)定上限值后，設(shè)定指示燈熄滅。當載體重量小于上限閾值時，電機正常運行，指示燈正常運行；當載體重量大于上限閾值時，直流電機停止工作，指示燈熄滅，報警器發(fā)出警示；當載體重量減少到上限閾值以下時，直流電機恢復(fù)正常轉(zhuǎn)動，指示燈恢復(fù)正常工作，報警器停止報警[6]。

4 結(jié) 論

本文設(shè)計了一種以單片機為開發(fā)平臺的模擬智能傳送裝置，提出了系統(tǒng)硬件各個模塊電路的具體設(shè)計方法和軟件的設(shè)計思路。采用經(jīng)過改進的三運放高共模抑制比放大電路，提高了測量精確度。從整體看，本系統(tǒng)穩(wěn)定性良好、測量精度高、功能相對完善，但由于多方面客觀因素，此次設(shè)計仍需改進，尤其高共模抑制比放大電路部分的設(shè)計并不理想，需進一步調(diào)試。